摘要：低空測試儀試驗需要把整個測試儀作為吊艙掛在直升機(jī)下工作，能適應(yīng)各種惡劣的自然條件，用于某飛行部件地海雜波環(huán)境下的測試。以PC104嵌入式計算機(jī)為硬件平臺，標(biāo)準(zhǔn)C++為開發(fā)工具，針對低空測試儀數(shù)據(jù)采集需求開發(fā)了測控程序。通過電平I＼O控制電源板給各信號加電時序，A＼D卡實時采集信號，高度表通過串口回傳高度數(shù)據(jù)。著重介紹了低空測試儀的軟硬系統(tǒng)設(shè)計方案，給出了一組測試數(shù)據(jù)，驗證了測控程序的有效性?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有設(shè)計合理，操作簡便，測試準(zhǔn)確的特點，達(dá)到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：低空測試儀；直升機(jī)；PC104總線；數(shù)據(jù)采集

    低空測試儀需要作為一個整體吊掛在直升機(jī)下，這就要求測試儀體積小、實時性好、工作溫度范圍寬、可靠性高、能適應(yīng)各種惡劣自然條件，并有持續(xù)的高速數(shù)據(jù)采集能力。而嵌入計算機(jī)PC104，憑借其體積小、功耗低、集成度高及模塊化等一系列優(yōu)良品質(zhì)，滿足此要求。而且，PC104在嵌入式應(yīng)用設(shè)計中，除了有顯示要求的情況外，通常作為一種“黑匣子”的工作模式，即沒有顯示。而低空測試儀就是后者的應(yīng)
用。數(shù)據(jù)的下載是通過插入U盤自動下載的，不需要拆卸拆卸硬盤下載數(shù)據(jù)，方便多次測試。

1 測控系統(tǒng)需求分析
    通過對測試儀測試原理的分析及操作流程的分解細(xì)化，在系統(tǒng)設(shè)計時主要考慮一下幾點：
    1)測試儀不僅要能夠在有地海雜波的情況下對某產(chǎn)品的相關(guān)輸出信號進(jìn)行持續(xù)的采集，而且采集信號的同時記錄產(chǎn)品距離地面或海面的高度；
    2)在硬件上采用成熟的平臺，使系統(tǒng)集成度高、可靠性高和維修性強；
    3)采用定時數(shù)據(jù)采集控制方式，因直升機(jī)上不讓使用無線遙控裝置，可在起飛前設(shè)置好延遲時間，起飛后當(dāng)預(yù)定的延遲時間到時，自動開始數(shù)據(jù)采集，也可設(shè)置采集停止時間；
    4)采集的數(shù)據(jù)可通過U盤自動下載，然后導(dǎo)入地面計算機(jī)中進(jìn)行分析和處理；
    5)地面計算機(jī)能確定哪些數(shù)據(jù)超過規(guī)定的門限值及對應(yīng)的高度，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分段FFT處理分析；
    根據(jù)低空測試儀試驗測控需求的特點可以歸納出對測控系統(tǒng)的性能需求，主要包括：
    1)數(shù)據(jù)記錄時長≤1 h；
    2)采集速率≥100 ks／s；
    3)測高范圍1～1 200 m。

2 測控系統(tǒng)總體設(shè)計
    該測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在對被測產(chǎn)品的測試過程中，通過控制系統(tǒng)控制供電系統(tǒng)，給被測產(chǎn)品、嵌入式計算機(jī)和無線電測試儀供電；嵌入式計算機(jī)控制給被測產(chǎn)品各信號加電時序，何時開始采集數(shù)據(jù)和何時停止采集；一次試驗結(jié)束后，通過U盤導(dǎo)入地面計算機(jī)進(jìn)行分析。

    圖1中除了地面計算機(jī)外，其他的設(shè)備都需要密封在玻璃鋼下。這就要求玻璃鋼能裝下被測設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、蓄電池等，具有一定氣動力形狀，具有兩個水平翼和一個垂直尾翼，減少飛行中的阻力，被測設(shè)備的天線位于吊艙的底部和高度表天線位于吊艙的水平翼上。

3 測控系統(tǒng)硬件設(shè)計
    如圖2所示，測控系統(tǒng)硬件主要PC104電源板，PC104CPU板，PC104數(shù)據(jù)采集卡，PC104繼電器開關(guān)板和無線電測高儀組成。

    PC104電源板用于為PC104 CPU板提供高效、穩(wěn)定的12 V電源。PC104 CPU板控制A＼D采集卡實時采集每通道的數(shù)據(jù)，速率為200 kS／s；通過串口采集無線測高儀的數(shù)據(jù)，速度為25 Hz；繼電器開關(guān)板用于按時序給產(chǎn)品加-18 V，+18 V和+27V。
    無線電高度表是測量飛行器相對地面(海面)垂直高度的距離測量系統(tǒng)。主要有主機(jī)、收發(fā)天線和連接電纜組成，如圖3所示。

4 測控系統(tǒng)軟件設(shè)計
    該測控系統(tǒng)的軟件采用VC++6．0編程，運行在Windows XP系統(tǒng)下，可以在PC機(jī)上編譯后通過U盤拷貝到PC104主機(jī)，也可以直接在PC104主機(jī)上開發(fā)。測試系統(tǒng)的軟件分為上位機(jī)軟件即低空測試儀中軟件和下位機(jī)軟件即地面分析計算機(jī)中軟件。
    1)上位機(jī)軟件
    由于只有4G SSD板上硬盤，2G用來存采集的數(shù)據(jù)，而高速AD卡采集速率多大1．0 MHz／s，所以采集數(shù)據(jù)時間有限，硬盤空間剩余不足100 M時，系統(tǒng)就自動關(guān)閉，防止系統(tǒng)崩潰。2 G用來裝Window系統(tǒng)，需要對window進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉簦员銥椴杉瘮?shù)據(jù)預(yù)留更多的空間。
    由于測試儀最終被玻璃鋼密封艙，對外只留下開關(guān)和一個USB接口下載數(shù)據(jù)，何時下載數(shù)據(jù)就依靠檢測U盤的插入，具體的動作時序如圖4所示。

    首先需要按下電源開關(guān)，指示燈1亮，說明系統(tǒng)正常啟動，此時開始檢查是否插入U盤，如果沒有插入U盤，就采集采集數(shù)據(jù)，一個采集周期結(jié)束就需要插入U盤把數(shù)據(jù)下載下來，或者直接關(guān)機(jī)，等下次開機(jī)上下載；
    插入U盤后，響應(yīng)函數(shù)的源碼如下：

   
    2)下位機(jī)軟件
    下位機(jī)軟件是用來分析從U盤拷貝過來的數(shù)據(jù)，本軟件用也是用C++語言實現(xiàn)，主要有以下幾個模塊組成：數(shù)據(jù)處理模塊、文件模塊、工具模塊等。對測試儀一次運行得到的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行解析分離、分析運算和作圖顯示。結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

    ①數(shù)據(jù)處理模塊：測試儀一次運行得到的A＼D采樣數(shù)據(jù)被整體保存成一個巨大的原始數(shù)據(jù)文件，多路采樣通道數(shù)據(jù)混雜其中，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析預(yù)處理和作圖顯示；還有就是工作環(huán)境的限制，可能造成高度表采樣數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離預(yù)期值，這些數(shù)據(jù)都需要經(jīng)過處理，才能更加適合于繪圖顯示。綜合預(yù)覽前需要數(shù)據(jù)同步，因為四個通道的采樣頻率(250 kHz)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高度表采樣頻率(50 Hz)，需要按照一定的算法對采樣點進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。
    ②圖形顯示模塊：把前面A／D采樣數(shù)據(jù)和高度表數(shù)據(jù)通過兩種方式顯示出來。
    ③工具模塊：用來對觀測的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行的各種操作。

5 模擬實驗
    該測試系統(tǒng)用于某飛行部件的相關(guān)信號測試。在進(jìn)行測試時，首先打開前面板上的開關(guān)按鈕，然后自動運行測試應(yīng)用軟件，初始化相關(guān)板卡后，等待一定的時間開始數(shù)據(jù)的采集。下載數(shù)據(jù)到地面計算機(jī)座談分析，如圖6所示，通過模擬實驗發(fā)現(xiàn)，該測試系統(tǒng)測試結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠。

    如圖7所示，已經(jīng)調(diào)用了綜合預(yù)覽功能繪制了5條曲線，并進(jìn)入游標(biāo)模式讀取了55．8秒處的采樣數(shù)據(jù)顯示在狀態(tài)欄上(本圖形已經(jīng)過3次放大)。

    數(shù)據(jù)作圖的FFT結(jié)果如圖8所示。

    圖8中FFT窗口已經(jīng)打開一份FFT結(jié)果文件，并進(jìn)行了圖形放大，使用游標(biāo)讀取了第三采樣點處電壓值和192 Hz處的分貝值。

6 結(jié)論
    該測試系統(tǒng)采用具有高速數(shù)據(jù)采集卡的PC104嵌入式計算機(jī)為硬件平臺，軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，對外只有USB接口下載數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可操作性。該測試系統(tǒng)已用于某飛行部件的相關(guān)信號的測試，并在實際應(yīng)用和在仿真實驗應(yīng)用下都表明該測試系統(tǒng)具有測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好等特點，達(dá)到了設(shè)計要求。